面向SDN和NFV融合网络的高级编程基础理论和关键技术研究

Software-Defined Networking (SDN) and Network Function Virtualization (NFV) are two novel networking technologies, which have quickly drawn attention from both academia and industry in recent years. Their convergence (sometimes referred to as SDNFV) can substantially push forward the realization of highly feature-rich and flexible network management and has become a major trend. However, due to the lack of basic theories and key techniques, these two technologies are still loosely coupled, leading to multiple major drawbacks including low extensibility, low dynamicity, unsatisfactory performance, and poor reliability...To overcome these limitations, we propose to conduct research on the basic theory and key techniques of high-level SDNFV programming. In particular, we propose several key research topics, including basic theories such as a multi-dimension space model for NFV capability announcement, extended packet selection based on stream attributes and three-valued logic, structured routing based on a routing algebra system and a reactive-value-based programming model, and key techniques including a workload-aware distributed storage mechanism, an automated distributed push-pull consistent update mechanism and an hierarchical routing management mechanism. The outcomes of this project provide both a solid theoretical foundation and important technical references to high-level SDNFV programming, potentially stimulating the convergence of the two technologies.

软件定义网络和网络功能虚拟化是近年来学术界和工业界广泛关注应用的新型网络技术,这两项技术的融合对于满足支持丰富、灵活的网络管理需求有着巨大的推动作用,已经成为必然的发展趋势。现有软件定义网络和网络功能虚拟化技术融合程度较低,缺少统一的编程基础理论和关键技术的支持,存在扩展性差、动态性低、控制平面不够高效、可靠性差等关键问题。因此,本项目研究面向软件定义网络和网络功能虚拟化融合网络的高级编程基础理论和关键技术,提出基于多维度建模的网络功能能力宣告、基于流属性和三值逻辑的报文选择、基于路由代数的结构化路由、基于响应变量的动态性网络编程模型等基础编程语义理论,以及基于程序分析业务感知和响应变量表的分布式存储、基于响应变量表的推拉式分布式一致性自动更新协议、基于结构化路由的层次化路由管理机制等关键技术。相关研究成果将为推动软件定义网络和网路功能虚拟化的深入融合提供坚实的理论基础和重要的技术方案。

软件定义网络和网络功能虚拟化是近年来学术界和工业界广泛关注应用的新型网络技术, 这两项技术的融合对于满足支持丰富、灵活的网络管理需求有着巨大的推动作用,已经成为必然的发展趋势。现有软件定义网络和网络功能虚拟化技术融合程度较低,缺少统一的编程基础理论和关键技术的支持,存在扩展性差、动态性低、控制平面不够高效、可靠性差等关键问题。因此,本项目研究面向软件定义网络和网络功能虚拟化融合网络的高级编程基础理论和关键技术,提出基于多维度建模的网络功能能力宣告、基于流属性和三值逻辑的报文选择、基于路由代数的结构化路由、基于响应变量的动态性网络编程模型等基础编程语义理论,以及基于程序分析业务感知和响应变量表的分布式存储、基于响应变量表的推拉式分布式一致性自动更新协议、基于结构化路由的层次化路由管理机制等关键技术。相关研究成果将为推动软件定义网络和网路功能虚拟化的深入融合提供坚实的理论基础和重要的技术方案。..本项目完成了对基础编程语义理论以及基于响应变量表和推拉式分布式一致性自动更新协议的设计，论文主要成果发表于IEEE Journal on Selected Area of Communication（CCF A类期刊）。实验结果表明在普通负载下（1,000QPS）系统的处理延迟可达毫秒级，在压力测试（10,000QPS-90,000QPS）下，被测网络策略的吞吐能力随网络策略和分片数量变化，可达4,000QPS-50,000QPS。可以看出对响应变量表进行分片后，采用响应变量表和推拉式分布式一致性自动更新协议可以提高SDNFV控制平面的水平扩展能力，提高处理路由请求的吞吐能力、降低处理延迟。..本项目研究成果的主要意义包括：1）项目提出的基于属性的路由计算模型为软件定义网络和网络功能虚拟化融合网络的路由控制提供了理论基础；2）基于分片的分布式响应变量表与推拉式更新协议为提高软件定义网络和网络功能虚拟化融合网络路由控制的性能和可靠性提供了一种技术方案。